苗書磊  曹佳惠  范海偉

（日照鋼鐵有限公司  山東省日照市 276800）

摘要：國內(nèi)鋼鐵廠中燒結(jié)礦是主要煉鐵原料，降低燒結(jié)工序能耗是鋼鐵廠節(jié)能降本的重要降本措施，現(xiàn)針對日照鋼鐵燒結(jié)360㎡和600㎡燒結(jié)工序中“風(fēng)、水、電、氣”等能源消耗存在的問題和改善措施進(jìn)行探析。

關(guān)鍵字：燒結(jié)工序能耗；節(jié)能降本 ；能源介質(zhì)

2021年山東省下發(fā)《山東省人民政府辦公廳關(guān)于加強(qiáng)“兩高”項(xiàng)目管理的通知》（魯政辦字[2021]57號）的文件，為落實(shí)能耗“雙控”制度，嚴(yán)格“兩高”項(xiàng)目管理做出了要求。日照鋼鐵有限公司（下簡稱日鋼）是2020年山東省年綜合能耗1萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤及以上企業(yè)，需要提高節(jié)能調(diào)控能力，推動完成降低能源消費(fèi)總量，助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)。

燒結(jié)工序單位產(chǎn)品能源消耗（下簡稱燒結(jié)工序能耗）是指報(bào)告期內(nèi)，燒結(jié)工序每生產(chǎn)一噸合格燒結(jié)礦，扣除收回的能源量后實(shí)際消耗的各種能源總量。鋼鐵企業(yè)是能源消耗大戶，燒結(jié)能耗占比總能耗的10%—15%。日鋼燒結(jié)工序能耗50.06kgce/t占日鋼鐵前工序能耗的10.77%。在國家十四五“碳達(dá)峰-碳中和”以及鋼鐵產(chǎn)能調(diào)控愈加嚴(yán)格的大背景下，能耗雙控政策突然襲擊下，鋼鐵產(chǎn)能縮減，生產(chǎn)節(jié)奏降低，低成本冶煉需求日益提升，降低燒結(jié)工序能耗不僅僅是日鋼節(jié)能降本的措施更是企業(yè)的社會責(zé)任。

1  燒結(jié)工序單位產(chǎn)品能源消耗限額

鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序的單位產(chǎn)品能耗應(yīng)符合表1的要求。

表1GB 21256-2013 粗鋼生產(chǎn)主要工序單位產(chǎn)品能源消耗限額(kgce/t)

Table 1GB 21256-2013 Crude steel production main process unit product energy consumption quota(kgce/t)

日鋼燒結(jié)工序能耗在設(shè)計(jì)投產(chǎn)階段就考慮和采用了較為先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，如燒結(jié)工序“以風(fēng)為綱”，600㎡燒結(jié)機(jī)采用變頻主抽風(fēng)機(jī)，避免采用調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)門大小控制風(fēng)量，造成能量的損失。針對能源消耗存在的問題又進(jìn)行大范圍的能源評審，2021年上半年燒結(jié)工序能耗由1月份的51.71kgce/t降低至6月份的49.78kgce/t，工序能耗得以改善，維持在新建和改擴(kuò)建粗鋼生產(chǎn)工序單位產(chǎn)品能耗準(zhǔn)入值，如要達(dá)到粗鋼生產(chǎn)工序單位產(chǎn)品能耗先進(jìn)值，還需 “精細(xì)化管理，低成本運(yùn)行”。

2  燒結(jié)工序能耗探析

2.1固體燃耗

燒結(jié)工序在常態(tài)下，固體燃耗占整個燒結(jié)工序能耗的80%，日鋼燒結(jié)固體燃耗主要使用焦粉和無煙煤，固體燃耗按照標(biāo)煤折算占燒結(jié)工序能耗的71.65%。2021年1-8月份燒結(jié)過程中焦粉和無煙煤月平均消耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤見表2。

表2燒結(jié)工序1-8月各能源介質(zhì)月平均消耗標(biāo)準(zhǔn)煤量(t)

Table 2 Average monthly standard coal consumption of each energy medium in Sintering Process from January to August (T)

2021年1-8月份日鋼固體燃耗總體成下降趨勢，具體數(shù)據(jù)見表3所示，7月份生產(chǎn)操作調(diào)整后，燃料單耗又大幅降低，7月份固體燃耗46.38kg/t較4月份53.22kg/t降低6.84kg/t。降低固體燃耗可以降低燒結(jié)煙氣排放量，燒結(jié)工序中產(chǎn)生的煙氣量占鋼鐵廢氣排放量的50%。據(jù)統(tǒng)計(jì)降低5kg/t固體燃耗將會降低10.89%的煙氣，約609.89m³的煙氣排放，對降低脫硫和脫硝工序投入的環(huán)境成本也會降低。

表3燒結(jié)工序1-8月固體燃耗消耗（kg/t）

Table 3 Solid fuel consumption of sintering Process from January to August (kg/t)

2.2降低固體燃耗探析

料層厚度、燒結(jié)礦亞鐵含量控制、燒結(jié)操作等是影響燒結(jié)固體燃耗波動的主要因素，我們可通過強(qiáng)化制粒、改善混合料的透氣性、偏析布料，提高料層，降低邊緣效應(yīng)等措施降低燃耗。

2.2.1偏析布料改善透氣性

 厚料層燒結(jié)是降低固體燃耗的重要措施，實(shí)踐證明料層厚度提高100mm,固體燃耗降低1.04kg/t。料層、配碳配水、料層透氣性的關(guān)系是“料層厚度是基礎(chǔ)，配碳配水是保證，混合料透氣性是關(guān)鍵。”通過更換不銹鋼鋼板材質(zhì)松料器，見圖1所示，使用后松料棒粘料情況明顯改善，布料小車在軌道運(yùn)動范圍進(jìn)行管控、九輥角度由37.6°調(diào)整至42.7°強(qiáng)化偏析布料，見圖2所示，改善料層透氣性。

圖1扁鋼松料器

Fig 1Flat steel looser

圖2九輥布料器角度調(diào)整

Fig 2 Angle adjustment of nine-roller distributor

2.2.2提高料溫改善透氣性

混合料溫度低于60℃時候，水汽在料層中形成的過濕帶，會使燒結(jié)料層的透氣性降低，通過混合水池蒸汽加熱管網(wǎng)優(yōu)化改造，見圖3所示，提高水溫至80℃以上，小礦槽預(yù)熱蒸汽由原來外供蒸汽改為使用高品質(zhì)余熱蒸汽，小礦槽中部蒸汽管道改造，見圖4所示，機(jī)頭料溫蓄熱增加，泥輥橫向料溫均勻性改善。

圖3混合水池加熱蒸汽管圖

Fig. 3 Heating steam pipe diagram of mixing tank

圖4小礦槽蒸汽管道改造

FIig 4 Transformation of steam pipe in small ore groove

2.2.3強(qiáng)化制粒提高料層

通過改善料層的透氣性、外加配料室除塵灰使用加濕機(jī)加水潤濕，二混分段加水使用內(nèi)螺旋噴頭，強(qiáng)化制粒效果等措施。360㎡燒結(jié)機(jī)料層厚度由850mm提高至1000mm，增加料層自動蓄熱能力，1000mm料層在國內(nèi)燒結(jié)工序中也是領(lǐng)先水平。

2.2.4微負(fù)壓點(diǎn)火改造

360㎡燒結(jié)機(jī)利用檢修時間對機(jī)頭風(fēng)箱翻板進(jìn)行改造，如圖5所示，改造后點(diǎn)火負(fù)壓降低2kpa左右，目前維持在10kpa-11kpa。燒結(jié)料層提高至1000mm后燒結(jié)機(jī)機(jī)速降低，點(diǎn)火時間增加，點(diǎn)火強(qiáng)度得到提升，同時微負(fù)壓點(diǎn)火可以使更多的風(fēng)量后移，加強(qiáng)了后續(xù)燃燒帶的反應(yīng)，燒結(jié)過程燃料利用效率更加充分，可以降低固體燃耗。

圖5燒結(jié)機(jī)機(jī)頭風(fēng)箱翻板改造示意圖

Fig. 5 Diagram of sintering machine head bellows turning plate transformation

2.2.5燃料分加試驗(yàn)

傳統(tǒng)的燃料配加方式燃料被礦粉包裹，對固體燃耗燃燒不利，現(xiàn)積極探索燃料分加試驗(yàn)，燃料分加燒結(jié)杯試驗(yàn)方案見表4所示，燃料分加4組試驗(yàn)。對比方案1-4試驗(yàn)結(jié)果，方案2（燃料分加強(qiáng)化制粒）平均粒級最好，較方案1（基礎(chǔ)燒結(jié)杯）高1.71%，主要是>40mm粒級14.79%高4.16%；<5mm粒級16.41%最低，成品率83.59%最高；方案3轉(zhuǎn)鼓指數(shù)68.7%最高，較方案1、2高1.4%，亞鐵10.90%最高，較方案1高0.15%；方案2亞鐵化驗(yàn)值10.25%較方案1低0.50%。方案4燃料配比下調(diào)亞鐵降低后，RDI+3.15最低66.65%，RI最高76.50%，亞鐵同RDI+3.15粉化指數(shù)呈正相關(guān)，同還原度RI呈負(fù)相關(guān)；成品礦粒度組成<5mm比例22.14%對比方案2高5.73%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)較方案3低1.4%。燒結(jié)杯試驗(yàn)燃料分加后通過燒結(jié)曲線，能夠明顯看出燒結(jié)高溫保持時間延長。曲線見圖6所示。

研制燃料分加設(shè)備，經(jīng)灰泵噴吹試驗(yàn)、星型給料機(jī)試驗(yàn)改造、助吹管改造等，實(shí)現(xiàn)無煙煤連續(xù)噴吹階段性成功，為下階段工業(yè)試驗(yàn)創(chuàng)造條件支撐，可以改善固體燃料的燃燒條件，提高燃燒效率，不久的將來降低固體燃耗將會更上一個臺階。

表4燒結(jié)杯試驗(yàn)燃料分加方案

Table 4 Fuel addition scheme for sinter cup test

圖6燒結(jié)杯燃料分加數(shù)據(jù)趨勢

Fig. 6 Fuel addition data trend in sinter cup

2.2燒結(jié)電耗

2.2.1降低漏風(fēng)率

燒結(jié)工序在常態(tài)下，電耗占整個工序能耗的15%，風(fēng)機(jī)電耗又占總電量的70%以上。日鋼燒結(jié)工序電耗按照標(biāo)煤折算占工序能耗9.73%，高壓風(fēng)機(jī)電單耗占總電單耗約80%數(shù)據(jù)見表5。

表5燒結(jié)各用電單元電耗占比

Table 5 Power consumption ratio of sintering power units

現(xiàn)場漏風(fēng)影響風(fēng)機(jī)電單耗居高不下，數(shù)據(jù)見表6。燒結(jié)工序中有害風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)后影響能源的有效利用，降低生產(chǎn)效率。根據(jù)實(shí)踐證明：燒結(jié)漏風(fēng)率每減少10%，產(chǎn)量提高6%，電耗降低2KWh/t，固體燃耗降低1.0kg/t，成品率提高1.5%-2.0%，當(dāng)前國際先進(jìn)的燒結(jié)工序漏風(fēng)率控制在30%以下，日鋼燒結(jié)工序在治理漏風(fēng)，降低電耗方面對比起先進(jìn)單位還有很大進(jìn)步空間。

表6燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)數(shù)據(jù)（%）

Table 6Air leakage data of sintering machine（%）

日鋼燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)率檢測使用的是嶗應(yīng)3022型煙氣綜合分析儀器，見圖7所示，工作原理為：抽取含有特定氣體的煙氣，進(jìn)行除塵、脫水后通過電化學(xué)傳感器，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，傳感器輸出的電流大小在一定條件下與氣體的濃度成正比，分別抽取主抽出口和燒結(jié)臺車段的煙氣進(jìn)行含氧量分析，依照物質(zhì)守恒定律，煙氣中氧含量和煙氣量之間保持總含氧量不變，含氧量的增加只是系統(tǒng)漏風(fēng)的結(jié)果。

圖7煙氣綜合分析儀器

Fig. 7 Flue gas comprehensive analysis instrument

  檢測出漏風(fēng)率后可以通過計(jì)算燒結(jié)風(fēng)機(jī)有效功率和運(yùn)行功率核算風(fēng)機(jī)效率，對漏風(fēng)率高，風(fēng)機(jī)效率低的產(chǎn)線，著重進(jìn)行漏風(fēng)治理。

有效功率計(jì)算公式：

運(yùn)行功率計(jì)算公式：

  風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的效率可以使用有效功率和運(yùn)行功率的比值作為參考。風(fēng)機(jī)效率低、漏風(fēng)率高的點(diǎn)位，需對風(fēng)箱、管道、臺車欄板、操作等進(jìn)行自查和制定措施進(jìn)行改善。

日鋼燒結(jié)600㎡燒結(jié)機(jī)2020年進(jìn)行石墨自潤滑側(cè)密封裝置改造，進(jìn)行漏風(fēng)治理。燒結(jié)機(jī)臺車底部安裝新型產(chǎn)品彈性密封系統(tǒng)，采用雙層密封技術(shù)，補(bǔ)償量大，柔性好，性能穩(wěn)定。下部設(shè)置鋼性彈簧板等。利用箱式密封系統(tǒng)與鋼性彈簧板相摩擦及彈簧的頂起力使其貼合密封，對燒結(jié)機(jī)臺車底部和風(fēng)箱頂部之間的間隙進(jìn)行密封。

另對臺車欄板進(jìn)行改造，提高強(qiáng)度，降低漏風(fēng)，智能電動雙層卸灰閥，三角風(fēng)箱涂抹耐磨層，更換耐磨及陶瓷內(nèi)襯降塵管，點(diǎn)火器整體提高，并增設(shè)點(diǎn)火區(qū)風(fēng)箱隔斷，降低燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)率。 管理方面成立漏風(fēng)治理小組定點(diǎn)定時檢查漏風(fēng)點(diǎn)位和進(jìn)行維護(hù)，檢修時間對邊篦條使用進(jìn)行檢查，制定布料管控標(biāo)準(zhǔn)避免風(fēng)洞，抑制邊緣效應(yīng)，降低漏風(fēng)率。

2.2.2電除塵改造

現(xiàn)燒結(jié)機(jī)頭電除塵，靜電除塵器、電源及振打等相關(guān)設(shè)備均為手動調(diào)整運(yùn)行方式，無自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不能根據(jù)粉塵及工況的變化自動調(diào)整除塵電源的參數(shù)、振打運(yùn)行方式， 600㎡燒結(jié)機(jī)改造增加電除塵自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改造前后，數(shù)據(jù)對比見表7。

表7燒結(jié)機(jī)電除塵自動化改造前后數(shù)據(jù)對比

Table 7 Data comparison before and after automatic transformation of electric dust removal for sintering machine

電除塵自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個無需人工干預(yù)、全自動調(diào)整的電除塵自動控制系統(tǒng)，全面提升電除塵的自動化水平，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。該系統(tǒng)需在電除塵出口增設(shè)粉塵檢測裝置，通過對出口粉塵、電源自身參數(shù)及除塵系統(tǒng)相關(guān)外部參數(shù)的分析與判斷，可以自動實(shí)時選擇更加合理、更有利于減排的電源工作參數(shù)，該系統(tǒng)能挖掘電除塵本體及電源的最大潛力，大幅節(jié)約電能。

2.3氮空消耗

燒結(jié)工序中氮空管道交匯處進(jìn)行三通改造，氮?dú)?、空氣作為氣體輸灰的主要?dú)庠矗鶕?jù)需求隨時進(jìn)行切換，改造后，氮?dú)獗９┠芰M足需求時候，燒結(jié)工序輸灰系統(tǒng)使用氮?dú)廨敾遥獨(dú)鈮毫Ω哂诳諝鈮毫?，輸灰效率得到提升，改造前氮空單?0.01 m³/t改造后單耗12.79 m³/t單耗降低7.22 m³/t。

混合比μ是氣力輸送中氣體所含輸送物料的質(zhì)量濃度，是指單位時間內(nèi)所輸送物料質(zhì)量與氣體質(zhì)量之比，不同氣力輸灰輸送方式的氣力輸灰混合比推薦值見表8。

表8氣力輸灰混合比推薦值

Table 8 Recommended values of mixing ratio for pneumatic conveying ash

混合比與輸送方式、輸送距離及管路布置、輸料管直徑、氣流輸送速度等有直接關(guān)系。燒結(jié)工序在核算混合比后，對現(xiàn)場問題進(jìn)行改造，對輸灰路徑進(jìn)行優(yōu)化，減少彎頭數(shù)量，老舊管道改造縮短管線距離；管道改造時對管徑進(jìn)行優(yōu)化，按照輸送管道直徑計(jì)算公式選型；原有輸灰按照時間周期進(jìn)行輸灰，改造后使用壓力和料位計(jì)等自動化手段調(diào)節(jié)輸灰提高輸灰效率；氣化室進(jìn)氣閥門進(jìn)行改造避免漏氣，氣化室氣化效率低的對篩網(wǎng)材質(zhì)和空隙度進(jìn)行改造，由機(jī)加工按照材質(zhì)要求特制，增強(qiáng)篩網(wǎng)的耐磨程度。提升混合比措施實(shí)施后，改造前后混合比見表9。

表9改造前后混合比

Table 9 Mixing ratio before and after modification

輸送管道計(jì)算公式為：

單個輸送距離很長，用同一管徑輸送時其速度變化很大，可采用變徑管道系統(tǒng)。

氮空消耗在使用混合比進(jìn)行數(shù)據(jù)參考，提高效率的同時還對現(xiàn)場輸灰消耗進(jìn)行工藝核算量，尋找輸灰系統(tǒng)中節(jié)能空間，提高輸灰效率?？梢詤⒖家韵鹿竭M(jìn)行核算：

輸灰過程中氣體消耗總量為垂直距離消耗氣體的量和水平距離消耗氣體量的總和,部分參考數(shù)據(jù)見表10。

表10氣體輸灰工藝核算消耗量

Table 10 Gas ash transport process accounting consumption

燒結(jié)工序中脫硝工藝SCR等設(shè)備吹掃使用高壓氮?dú)?，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是全天不停的進(jìn)行吹掃，現(xiàn)通過摸索控制后對吹掃頻次根據(jù)脫銷SCR壓差變化進(jìn)行調(diào)整，壓差≤1.0Kpa時吹掃3次/天，＞1.0時吹掃5-6次/天，吹掃一次約2小時，脫硝氮?dú)庀拇蠓档汀?/p>

2.4新水消耗

燒結(jié)新水主要用于設(shè)備冷卻循環(huán)，在工業(yè)使用中主要有蒸發(fā)量、漂損量、排污量、泄漏損失等因素使得新水消耗量升高，主要因素見圖8，按照主要因素工藝核算公式，辨識主要影響新水升高相關(guān)變量，制定措施進(jìn)行整改。

圖8影響水升高的主要因素

Fig. 8 Main factors affecting water rise

新水蒸發(fā)量計(jì)算公式：

排污量計(jì)算公式：

按照新水消耗量工藝核算相關(guān)公式，核算某點(diǎn)位新水蒸發(fā)量、漂損量、排污量理論消耗，見表10所示。

表11新水消耗點(diǎn)位工藝核算數(shù)據(jù)表

Table 11New water consumption point process accounting data table

燒結(jié)工序通過冷卻塔風(fēng)機(jī)改造，根據(jù)循環(huán)水溫度，實(shí)現(xiàn)冷卻風(fēng)扇自動啟停，降低蒸發(fā)量和漂損量、對冷卻塔隔板角度錯位進(jìn)行調(diào)整，降低漂損量、摸索降低循環(huán)水量等措施降低蒸發(fā)量；脫硝過程中產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)行收集做中水給現(xiàn)場灑水降塵使用，減少新水消耗，脫硫循環(huán)水氯離子濃度從12000mg/L提高至15000mg/L，降低排污量，通過以上措施降低新水消耗量。

2.5其它消耗

燒結(jié)點(diǎn)火使用的點(diǎn)火器經(jīng)過火嘴改造、火焰角度、耐材等進(jìn)行優(yōu)化，已經(jīng)達(dá)到節(jié)約煤氣目的。同時進(jìn)行點(diǎn)火自動化改造，根據(jù)點(diǎn)火溫度自動調(diào)整空煤比，降低煤氣消耗，但自動點(diǎn)火裝置受到煤氣壓力影響，投入使用后不穩(wěn)定，后續(xù)還要進(jìn)行改進(jìn)。

燒結(jié)蒸汽主要是小礦槽預(yù)熱料溫和混合中水預(yù)熱使用，主要是對管道進(jìn)行保溫，中水溫度要求、小礦槽料溫均勻預(yù)熱等管控措施的實(shí)施，節(jié)約蒸汽。

燒結(jié)過程降低中水主要是通過回收脫硝冷凝水做為中水給混合制粒加水使用，脫硝冷凝水PH是酸性，現(xiàn)積極探索往脫硝冷凝水中加一定堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，作為新水循環(huán)使用，來降低新水消耗。

3  結(jié)論

（1）降低燒結(jié)工序能耗需要對固體燃料、電耗、氮空、新水、煤氣等各種能源介質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，制定整改降耗措施；

（2）“降低固體燃耗、電耗為主、其它能源介質(zhì)為輔”的原則，日鋼燒結(jié)工序能耗由51.71kgce/t降低至49.77kgce/t，能源管理體系制度的完善和實(shí)施，燒結(jié)工序能耗還有降低趨勢，為完成碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)，助力前行。

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